毕业设计（论文）-基于单片机的大棚温湿度检测报警系统1(3)

3.3采集电路的设计 3.3.1温度采集电路

图3-5 温度检测电路

由于DS18B20只有一个串行通信接口，与单片机的连接电路非常简单，只需和单片机的一个I/O端口连接即可，本系统选择了接口接的是P2.0端口，其连接电路图如图3-5所示。DS18B20的I/O口属于漏极开路输出，外接上拉电阻后常态下呈高电平。该器件内含寄生电源，其供电方式可以选择寄生电源方式，也可以选用外部电源。为方便起见，采用外部电源供电。 3.3.2湿度采集电路

HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集

本系统采用的是将HS1101接入555定时器组成的震荡电路中，输出一定频率的方波信号，这种方法结构简单，使用方便，因此被广泛采用，具体电路图如3-6下：

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图3-6 HS1101和NE556构成的湿度采集电路

集成定时器NE555一方面可以形成单稳态电路，另一方面可以形成多谐振荡电路，本系统选用的是NE556，它内部含有两个NE555定时器，其中R1，R2,C1,C2和NE556构成多谐振荡器，外接电阻R1,R2和湿敏电容C1构成了对湿敏电容C1的充电回路，7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C1的放电回路，并将2，6端相连引入到片内比较器。该振荡电路的两个暂稳态过程交替如下：首先是电源Ucc通过R1,R2向C2充电，经T1充电时后，Uc2充至内比较器的高触发电平，约2/3Ucc，此时输入引脚3端由高电平突降为低电平，然后通过R2放电，经T2放电时间后，Uc2下降到比较器的低触发电平，约1/3Ucc，此时输入引脚3端又由低电平跃升为高电平，如此反复，形成方波输出，其中充放电时间为：

T1=C1(R1+R2)ln2 T2=C1R2ln2

因而输出的方波频率为：f=1/(t1+t2)=1/C1(R1+2R2)ln2=50HZ

只要改变定时元件R1和R2就可以改变脉冲的频率，从多谐振荡器出来的信号又接入到单稳态触发器，单稳态触发器它有两个触发状态，一个稳定状态，一个暂稳定状态，在外来触发脉冲作用下，能够由稳定状态翻转到暂稳定状态，而暂稳定状态维持一段时间后，再自动的返回到稳定状态，且暂稳定状态持续时间长短取决与电路本身参数，图中，R3,C3和传感器HS1101是外接地定时元件，触发脉冲Ui由5端输出，由8端输入，下降沿有效，从9端输出一个幅度，宽度都一定的矩形波信号，输出的脉冲宽度Tp为：Tp=R3(C2+Cx)ln3。

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3.4 A/D转换

模数转换器(ADC)，简称AD，是实现模拟量向数字量的转变的设备。 3.4.1 模数转换器的确定

A/D转换器位数的确定和系统所需测量控制的范围、精度有关。其一：实际选取的位数与其它环节所能获得的精度相适应，只要不低于它们就可以，不必太高。其二：如果微处理机是51系列单片机，采用8位以下的A/D转换器时，接口电路最简单。其三：由于温室大棚湿度变化相对于控制运行的速度来说是缓慢的，因此，在A/D转换的时候，也不要求有很快的转换速率。

ADC0809是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位； 2）具有转换起停控制端； 3）转换时间为100μs； 4）单个＋5V电源供电；

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准； 6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度； 7）低功耗，约15mW。 内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近。

外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装： IN0～IN7：8路模拟量输入端； 2-1～2-8：8位数字量输出端；

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路； ALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效；

START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动

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（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）；

EOC： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）；

OE：数据输出允许信号，输入高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量；

CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ； REF（+）、REF（-）：基准电压； Vcc：电源，单一＋5V； GND：地。

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 3.4.2 ADC0809与8031的连接

单片机控制ADC可采用查询法和中断控制法。本系统采用中断方式，中断控制是指启动信号送到ADC后，单片机执行别的程序。当ADC转换完成时向单片机发出中断请求信号，单片机响应中断请求，读出转换数据，然后返回源程序。ADC0809与单片机的接口如图3-10所示。

AT89C51ADC0809ALEDCKQQCLKIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7P0.7:P0.0地址锁存A2A1A0CBAD7:D0+WRP2.0RDINT1STARTALE+OEEOC

图3-7 ADC0809与单片机的接口

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将A/D0809作为一的外扩展的并行I/O口，直接由单片机的P2.0和WR脉冲进行启动。模拟量输入通道选择端A、B、C分与单片机的P0.0、P0.1、P0.2直接相连，数据由A/D0809转换器的2-1 ~2-8输出。为了提高系统的效率,A/D转换器D采用中断的方法,将ADC0809的转换信号EOC经反相器连接到单片机的INT1。当A/D转换结束,向单片机申请中断，单片机响应后，即可读出A/D转换的结果数据。ADC0809的时钟信号由单片机的ALE提供（为1MHZ）,转换器的启动信号START和8位模拟量输入地址锁存允许信号ALE由单片机的WR和P2.0口来控制。转换的输出允许信号OE由单片机的RD和P2.0口控制。 3.5键盘与显示 3.5.1键盘部分

根据该系统的实际情况，我选用了独立式键盘。独立式键盘是个按键相互独立地连通一条输入数据线如图3-8所示。这种键盘结构的优点是电路简单，缺点是当键的数量较多时占用的I/O线的数量较多。

vccAT89C51P1.0P1.1P1.2INTO＆

图3-8 键盘连接

利用P1口实现，当开关全部打开时，均为高电平，经过与门仍为高电平，因此不会产生中断。当其中一键被按下时，INTO端变为低点平，向CPU申请中断，CPU响应后，用查询方法找到申请中断的功能键，并按程序设定执行相应的功能。 3.5.2显示部分

本系统的显示部分我选用了带有高速串行接口的8位LED控制驱动器MAX7219芯片，本设计采用1片MAX7219，在每轮温湿度检测完成以后，显示新值。MAX7219是MAXIM公司生产的一种串行接口方式7段共阴极LED显示驱动器，其片内包含有一个

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